3. lecke. Az ABS

Az ABS felépítésének és működésének megismerése.

A hallgató legyen képes
- saját szavaival megfogalmazni, mi az ABS alkalmazásának indoka,
- elmagyarázni, hogyan akadályozza meg az ABS-rendszer a féknyomás szabályozásán keresztül a kerék blokkolását,
- ábra alapján elmagyarázni a passzív kerékfordulatszám-szenzor működését,
- ábra alapján elmagyarázni a magnetorezisztív kerékfordulatszám-szenzor működését,
- felsorolni az ABS-rendszer előnyeit és hátrányait.

A tananyag elsajátításához körülbelül 60 percre lesz szüksége.

- ABS,
- passzív és aktív kerékfordulatszám-szenzor,
- magnetorezisztív kerékfordulatszám érzékelő.

A gépkocsi menetbiztonságáért felelős egyik szerv az ABS (anti-lock break system) vagyis a blokkolásgátló. A tervezés már a húszas években megkezdődött, igaz ez még mechanikus rendszerrel és nem volt megbízható, végül 1936-ban került bejegyzésre a szabadalma. Az elektronikus blokkolás gátló rendszert egy nagy létszámú mérnökcsapat fejlesztette és tesztelte. 1964-re elkészült az első generációs elektronikus blokkolásgátló rendszer, amelynek megbízhatósága még nem teljes.
1978-ban készült el a Bosch által sorozatgyártott ABS, a Mercedes-Benz és a BMW számára. Az első szériatartozékként a Mercedes-Benz S osztályú gépjárműveiben jelent meg 1985-ben. A szerkezet azóta gyorsabbá, precízebbé és könnyebbé vált, de már képes a fékerőt a kerekek között elosztani, és az ABS- re épül több, a menetbiztonságot javító rendszer, mint a kipörgés gátló és az ESP (Electronic Stability Program) is.
1978-ban készült el a Bosch által sorozatgyártott ABS, a Mercedes-Benz és a BMW számára. Az első szériatartozékként a Mercedes-Benz S osztályú gépjárműveiben jelent meg 1985-ben. A szerkezet azóta gyorsabbá, precízebbé és könnyebbé vált, de már képes a fékerőt a kerekek között elosztani, és az ABS- re épül több, a menetbiztonságot javító rendszer, mint a kipörgés gátló és az ESP (Electronic Stability Program) is.

Tevékenység:
Az ABS rendszer központi alkatrésze a hidraulikus egység (hidroaggregát), ami a fékfolyadék nyomását állítja elő. A gépjármű minden kerekénél, időnként a tengelyeken vagy a differenciálműben induktív forgó jeladó van elhelyezve, amelyek a kerekek szögsebességét mérik. A jeladók jeleit egy vezérlőegység dolgozza fel, amely a számítások végeredménye alapján tudja megfelelően vezérelni a féknyomás csökkentéséért felelős mágnesszelepeket. A szelepekhez pumpák kapcsolódnak, amelyek a féknyomás-csökkenés miatt feleslegessé vált fékolajat vezetik vissza a hidraulika rendszerbe.
Amennyiben fennáll valamelyik kerék blokkolásának veszélye, a rendszer mindaddig csökkenti a féknyomást az adott keréknél, míg megszűnik a kerék blokkolási tendenciája. Amennyiben a kerék újra szabadon elkezd forogni, a berendezés újra lehetővé teszi a féknyomás növelését. Ez a féknyomás szabályzás mindaddig tart, míg a vezető el nem engedi a fékpedált, vagy meg nem szűnik a kerék blokkolási hajlama. A szelepek folyamatos ki-be csukódásából adódik az is, hogy az ABS működése közben a fékpedál egyes modelleken erős pulzáló mozgást végez.
- Fogalmazza meg, mi az ABS alkalmazásának indoka!
- Magyarázza el, hogyan akadályozza meg a rendszer a féknyomás szabályozásán keresztül a kerék blokkolását!
Az ABS rendszer központi alkatrésze a hidraulikus egység (hidroaggregát), ami a fékfolyadék nyomását állítja elő. A gépjármű minden kerekénél, időnként a tengelyeken vagy a differenciálműben induktív forgó jeladó van elhelyezve, amelyek a kerekek szögsebességét mérik. A jeladók jeleit egy vezérlőegység dolgozza fel, amely a számítások végeredménye alapján tudja megfelelően vezérelni a féknyomás csökkentéséért felelős mágnesszelepeket. A szelepekhez pumpák kapcsolódnak, amelyek a féknyomás-csökkenés miatt feleslegessé vált fékolajat vezetik vissza a hidraulika rendszerbe.
Amennyiben fennáll valamelyik kerék blokkolásának veszélye, a rendszer mindaddig csökkenti a féknyomást az adott keréknél, míg megszűnik a kerék blokkolási tendenciája. Amennyiben a kerék újra szabadon elkezd forogni, a berendezés újra lehetővé teszi a féknyomás növelését. Ez a féknyomás szabályzás mindaddig tart, míg a vezető el nem engedi a fékpedált, vagy meg nem szűnik a kerék blokkolási hajlama. A szelepek folyamatos ki-be csukódásából adódik az is, hogy az ABS működése közben a fékpedál egyes modelleken erős pulzáló mozgást végez.

- fékpedál
- fékrásegítő
- főfékhenger
- kiegyenlítő tartály
- fékcső
- féktömlő
- kerékfék a munkahengerrel
- kerékfordulatszám-érzékelő
- ABS hidraulikus egysége
- ABS elektronika
- Műszerfali ABS ellenőrző lámpa

1. ábra

Kerékfordulatszám-szenzor
A mai gépjárművekben a keréksebességeket fogazott tárcsák és indukciós jeladók segítségével méri a rendszer. A kerekek forgásakor az indukciós jeladók impulzussorozatokat hoznak létre, melyet a központi vezérlőegység (ECU) dolgoz fel.
Tevékenység:
a 2. és 3. ábra alapján magyarázza el a passzív kerékfordulatszám-szenzor működési elvét!
Passzív kerékfordulatszám-szenzor
A passzív elnevezés onnan ered, hogy a működésükhöz nincs szükség tápfeszültségre. Ilyen például az induktív jeladó.

2. ábra
A jeladó felépítése: a kerékfordulatszám-szenzorok közvetlenül a kerékaggyal vagy a hajtótengellyel összekötött impulzuskerék felett találhatók, amelynek fogai mágnesezettek. Forgás közben az érzékelő elé váltakozva fogárok, illetve fog kerül, amely váltakozása megváltoztatja a póluscsapon és a tekercselésen áthaladó mágneses fluxust. Ez a változó mágneses mező a tekercsben mérhető szinuszosan váltakozó feszültséget indukál, aminek frekvenciája arányos a forgási sebességgel (3. ábra). Ezt a szinusz-feszültséget még át kell alakítani négyszögjellé, mert az elektronika, csak négyszögjelet tud feldolgozni.

3. ábra
A mai gépjárművekben a keréksebességeket fogazott tárcsák és indukciós jeladók segítségével méri a rendszer. A kerekek forgásakor az indukciós jeladók impulzussorozatokat hoznak létre, melyet a központi vezérlőegység (ECU) dolgoz fel.
Tevékenység:
a 2. és 3. ábra alapján magyarázza el a passzív kerékfordulatszám-szenzor működési elvét!
Passzív kerékfordulatszám-szenzor
A passzív elnevezés onnan ered, hogy a működésükhöz nincs szükség tápfeszültségre. Ilyen például az induktív jeladó.

2. ábra
A jeladó felépítése: a kerékfordulatszám-szenzorok közvetlenül a kerékaggyal vagy a hajtótengellyel összekötött impulzuskerék felett találhatók, amelynek fogai mágnesezettek. Forgás közben az érzékelő elé váltakozva fogárok, illetve fog kerül, amely váltakozása megváltoztatja a póluscsapon és a tekercselésen áthaladó mágneses fluxust. Ez a változó mágneses mező a tekercsben mérhető szinuszosan váltakozó feszültséget indukál, aminek frekvenciája arányos a forgási sebességgel (3. ábra). Ezt a szinusz-feszültséget még át kell alakítani négyszögjellé, mert az elektronika, csak négyszögjelet tud feldolgozni.

3. ábra
Az induktív érzékelő hátrányai:
a 4. és 5. ábra alapján magyarázza el a magnetorezisztív kerékfordulatszám-szenzor működési elvét!
Aktív kerékfordulatszám-szenzor
Működésük Hall IC-s, illetve magnetorezisztív elven alapuló érzékelőket alkalmaznak. Az aktív kerékfordulatszám érzékelőknek tápfeszültségre van szükségük.
Hall IC-s kerékfordulatszám érzékelő: a jelképzés alapelve a Hall effektus. Ha a vezető közelében periódikusan változik a mágneses tér, akkor azzal arányosan változik a feszültség. Ezt a feszültség jelet erősítve és jelátalakítóval már alkalmassá teszik az ABS és más menetdinamikai szabályzó elektronikák működtetéséhez szükséges bemeneti információként.
Magnetorezisztív kerékfordulatszám érzékelő
A magentorezisztív érzékelőbe négy ellenállást építenek be, melyeket Wheatstone híd kapcsolásként csatolnak egymáshoz és a kiértékelő elektronikához (4. ábra). A magnetorezisztív ellenállások a mágneses tér hatására változtatják az ellenállásukat. A jelek erősítését és négyszögjellé alakítását komparátorok végzik, amik az érzékelőben találhatóak.

4. ábra
Működés közben a kerékkel együtt változó polaritású mágnesek mozdulnak el. Általában ezek a mágneses kódok a csapágytömítő gyűrűjén helyezkednek el. (5. ábra.)

5. ábra
- A kerékre ható hírtelen nyomaték, a ki és berugózás, a kerékcsapágy kopása miatt változik a hézag a póluskerék és a szenzor között.
- A póluskerék osztása alapvetően befolyásolja az elektronikába bemenő jel pontosságát.
- Kis hézag szükséges a póluskerék és a szenzor között.
- Sebességfüggő jelképzés
a 4. és 5. ábra alapján magyarázza el a magnetorezisztív kerékfordulatszám-szenzor működési elvét!
Aktív kerékfordulatszám-szenzor
Működésük Hall IC-s, illetve magnetorezisztív elven alapuló érzékelőket alkalmaznak. Az aktív kerékfordulatszám érzékelőknek tápfeszültségre van szükségük.
Hall IC-s kerékfordulatszám érzékelő: a jelképzés alapelve a Hall effektus. Ha a vezető közelében periódikusan változik a mágneses tér, akkor azzal arányosan változik a feszültség. Ezt a feszültség jelet erősítve és jelátalakítóval már alkalmassá teszik az ABS és más menetdinamikai szabályzó elektronikák működtetéséhez szükséges bemeneti információként.
Magnetorezisztív kerékfordulatszám érzékelő
A magentorezisztív érzékelőbe négy ellenállást építenek be, melyeket Wheatstone híd kapcsolásként csatolnak egymáshoz és a kiértékelő elektronikához (4. ábra). A magnetorezisztív ellenállások a mágneses tér hatására változtatják az ellenállásukat. A jelek erősítését és négyszögjellé alakítását komparátorok végzik, amik az érzékelőben találhatóak.

4. ábra
Működés közben a kerékkel együtt változó polaritású mágnesek mozdulnak el. Általában ezek a mágneses kódok a csapágytömítő gyűrűjén helyezkednek el. (5. ábra.)

5. ábra
A jelátalakító egység az aktív érzékelőben található, így négyszögjelet adnak ki, melyet közvetlen az elektronikába vezetnek, ahol feldolgozásra kerülnek. Ezeket a jeleket a gépkocsi sebességének, kerék szögesességének, csúszásának meghatározására használják. A négyszögjel alsó (Low) szintje 0V-nál nagyobb értékű, hogy az elektronika különbséget tudjon tenni a vezetékszakadás és álló kerék között.
Előnyei:
Az összkerékhajtású személygépkocsik ABS rendszereit bizonyos esetekben lassulásérzékelőkkel is ellátják. Erre azért van szükség, mert a kerekek egymással és a motorral is mechanikus kapcsolatban vannak. Az egyik kerék után nagyon hamar megcsúszhat a másik is. A lassulásérzékelő átállítja az elektronika beavatkozási küszöbértékét a gépkocsi lassulása, tehát közvetetten az útfelület tapadási tényezője alapján. A lassulásérzékelőket a menetiránynak megfelelően, a gyárilag megadott helyzetben kell beszerelni.
Előnyei:
- kompakt felépítésűek, így kisebb a helyigényük,
- határsebesség 0km/h,
- működését nem befolyásolja a megnövekedett távolság az érzékelő és a kódolt tárcsa között,
- az általuk szolgáltatott adatok sokkal pontosabbak, mint a passzív jeladóké,
- A forgásirány és a pillanatnyi szöghelyzet is meghatározható
- a pontos adatokat hasznosítani tudják más rendszerek is, pl: GPS, visszagurulás-gátlók,
Az összkerékhajtású személygépkocsik ABS rendszereit bizonyos esetekben lassulásérzékelőkkel is ellátják. Erre azért van szükség, mert a kerekek egymással és a motorral is mechanikus kapcsolatban vannak. Az egyik kerék után nagyon hamar megcsúszhat a másik is. A lassulásérzékelő átállítja az elektronika beavatkozási küszöbértékét a gépkocsi lassulása, tehát közvetetten az útfelület tapadási tényezője alapján. A lassulásérzékelőket a menetiránynak megfelelően, a gyárilag megadott helyzetben kell beszerelni.

Tevékenység:
jegyezze meg a blokkolásgátló fékrendszer előnyeit és hátrányait!
Előnyök
Az ABS növeli a fékutat a következő útfelületeken:

6. ábra
jegyezze meg a blokkolásgátló fékrendszer előnyeit és hátrányait!
Előnyök
- Az esetek többségében csökkentheti a fékutat.
- Vészfékezés közben irányíthatóságot biztosít a forgó kerekek miatt.
- A lehető legnagyobb fékhatással lassítja a járművet.
- A pótkocsis szerelvények nem csuklanak be.
Az ABS növeli a fékutat a következő útfelületeken:
- kockaköves út: amint a kerék az egyik kőről a másikra lép át, egy pillanatra a levegőbe kerül ahol állóra fékeződik. Ilyenkor az ABS teljesen elveszi a fékerőt, cserébe viszont amint a kerék ismét a kőhöz ér, nem fog blokkolni, így megmarad az irányíthatóság. A fékút ebben az esetben azonban megnő!
- frissen esett hó: ebben az esetben a blokkoló fékezés az első kerekek előtt egy hókupacot hoz létre (mint egy ék), ami segíti az autó lassulását. ABS-szel szerelt jármű esetén nem keletkezik a kerekek előtt hókupac, így hosszabb lesz a fékút.
- sáros, iszapos, homokos, vagy kavicsos útszakasz: ilyenkor az ABS megzavarodik, folyamatosan leszabályoz, nehézkes lesz az autó irányítása, és nagyon nagymértékben nőhet a fékút.

6. ábra
Az ábrán a tapadási tényező és a kerékcsúszás összefüggése látható, különböző talajtípusoknál. Megfigyelhető, hogy a friss hó és a kavicsos útnál a tapadási tényező kisebb növekvése figyelhető meg teljes kerékcsúszáskor. Ez a növekvés az álló kerék előtt torlódó hó vagy kavics ékszerű működése miatt következik be. Az ABS szabályozási tartományát a kék színű területek jelzik. Az ABS-rendszer próbál a körülményekhez megfelelően maximális tapadási tényezőt és a legkisebb kerékcsúszást társítani. A fékerőnek az ABS szabályozási tartományán túli növelése azt jelenti, hogy a kerék túlfékezetté válik, így megcsúszik.

A vészfékezést mindig hirtelen, rúgásszerű lábmozdulattal kell indítani. A fék lenyomásával egy időben történjen meg a kuplung lenyomása is, ugyanis egy tárcsafék 3 tized másodperc alatt blokkolja a kereket, majd 5 tizeden belül leáll a motor. Motor nélkül pedig nincs szervokormány, fékrásegítés és ABS. A fékpedált erősen, folyamatosan kell nyomni. Ilyenkor a pedál ugrálhat, remeghet a lábunk alatt, illetve kattogó, kerregő hangot adhat. Ilyenkor sem szabad felengedni, sőt ha lehet, még erősebben kell taposni. ABS-szel szerelt járművekben nem szabad alkalmazni a korábban tanított, úgynevezett pumpáló fékezést, ugyanis ez a módszer összezavarja a központi egységet!

1. Fogalmazza meg, mi az ABS alkalmazásának indoka!

2. Magyarázza el, hogyan akadályozza meg az ABS-rendszer a féknyomás szabályozásán keresztül a kerék blokkolását!

3. Az alábbi ábra alapján magyarázza el a passzív kerékfordulatszám-szenzor működését!


4. Az alábbi ábra alapján magyarázza el a magnetorezisztív kerékfordulatszám-szenzor működését!


5. Sorolja fel az ABS-rendszer előnyeit és hátrányait!

- Kiss Ferenc: Harminc éve ad esélyt In: AUTÓPIAC 2008/9. szám Febr.26-Márc.3.
- http://hu.wikipedia.org/wiki/ABS
- http://www.bosch.hu/sajto/presstext.phtml?id=185
- http://www.volkswagen.hu/volkswagen_koeruel/innovacio/m_szaki_lexikon/antiblockiersystem_abs.html
- http://hdabob.com/Non-ABS.jpg
- http://hdabob.com/BrksConv.jpg
- http://auto.howstuffworks.com/auto-parts/brakes/brake-types/anti-lock-brake.htm
- http://www.drivingfast.net/technology/abs.htm
- http://www.volkswagen.hu/volkswagen_koeruel/innovacio/m_szaki_lexikon/antiblockiersystem_abs.html
- http://www.sulinet.hu/tart/fcikk/Kibv/0/15789/2
- Kőfalusi Pál – ABS-től az ESP-ig